JP2016026877A - アーク溶接品質判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】溶接電流や溶接電圧が予め設定したしきい値を超えたことでアーク溶接の品質判定を行う従来技術では、溶接電流や溶接電圧の変化がビード形状にどのように影響するのか正確にはわからないために、適正なしきい値を設定することが難しい。【解決手段】アーク溶接品質判定システムは、形成された溶接ビードの断面の物理量を推定する物理量推定部と、物理量に基づいて、形成された溶接ビードの品質を判定する品質判定部とを備えている。物理量は、例えば、脚長、溶接ビード幅、余盛り高さ、溶接ビード深さ、および溶接ビード断面積のうちのいずれかである。形成された溶接ビードの品質を判定するパラメータとして、溶接ビードの断面の物理量を用いるようにしたので、溶接電流や溶接電圧と比べてより適切なしきい値を設定することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、アーク溶接品質判定システムに関する。

溶接ロボットを使用した生産現場において、安定生産を阻害する主な要因の１つとして、溶接不良が挙げられる。溶接不良の１つであるビード形成不足は、例えば、以下に示したような要因で発生し得る。例えば、施工するワークに対して適正なビード形状となるように溶接条件が事前に設定されていたとしても、実際の施工時にワークの位置ずれによって突き出し長さが変動することがある。この場合に、突き出し長さの変動に伴って溶接電流が変動し、その結果、ビード形成不足が発生し得る。また、例えば、溶接ワイヤに給電するコンタクトチップが摩耗し、コンタクトチップの摩耗に伴って給電不足が発生することがある。この場合に、給電不足によって溶接電流が低下し、その結果、ビード形成不足が発生し得る。また、例えば、ワイヤ送給装置内に溶接ワイヤの削り屑が詰まることがある。この場合に、ワイヤ送給不良によるアーク切れが発生し、その結果、溶接ビード欠けなどのビード形成不良が発生し得る。また、例えば、パルス溶接での磁気吹き現象に起因して、ビード形成不足が発生し得る。

そのため、従来から、溶接不良そのものを低減する技術や、溶接不良をより正確に検出する技術が開発されている。溶接不良をより正確に検出する技術として、例えば、下記の特許文献１，２が提案されている。特許文献１では、アーク溶接中の溶接電流もしくは溶接電圧の移動平均値が、あらかじめ設定された範囲を逸脱した場合に、溶接不良が発生したと判定する技術が提案されている。特許文献２では、アーク溶接中の溶接電流および溶接電圧に異常があるときに、異常と判定された箇所をロボットの動作軌跡と関連づけてディスプレイ上に表示する技術が提案されている。

特公平７−２２７５号 特許第５４２６０７６号

しかし、溶接電流や溶接電圧の変化がビード形状にどのように影響するのか、正確にはわからない。そのため、上記特許文献１，２に記載の発明では、溶接電流や溶接電圧に対する適切なしきい値を設定することは容易ではない。上記特許文献１，２に記載の発明では、溶接に異常があるとの判定がなされた場合であっても、実際にはビード形成不良には至っていない場合も起こり得る。この場合は、稼働しているロボットを不必要に停止することになるので、生産効率が低下してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接電流や溶接電圧と比べてより適切なしきい値を設定することの可能なアーク溶接品質判定システムを提供することにある。

本発明のアーク溶接品質判定システムは、形成された溶接ビードの断面の第１物理量または断面と相関のある第２物理量を推定する物理量推定部と、第１物理量または第２物理量に基づいて、形成された溶接ビードの品質を判定する品質判定部とを備えている。

本発明のアーク溶接品質判定システムでは、形成された溶接ビードの品質を判定するパラメータとして、溶接ビードの断面の第１物理量または断面と相関のある第２物理量が用いられる。上記第１物理量は、例えば、脚長、溶接ビード幅、余盛り高さ、溶接ビード深さ、および溶接ビード断面積のうちのいずれかである。また、上記第１物理量は、例えば、溶接ビードのうち、溶接電極の先端部分よりも溶接方向の前方の部分の長さに相当する前方溶接ビード長である。また、上記第２物理量は、例えば、溶接電極の先端部分が溶接ビードの先端部分に到達するまでに要する時間に相当する。上記第１物理量または上記第２物理量の変化の、ビード形状への影響については、溶接電流や溶接電圧の、ビード形状への影響と比べて、直観的にわかりやすい。なお、上記第１物理量および上記第２物理量として例示した脚長等は、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給速度および溶接速度のうち、少なくとも溶接電流および溶接電圧を計測することにより得られた計測値を用いて導出することが可能なパラメータである。

本発明のアーク溶接品質判定システムによれば、形成された溶接ビードの品質を判定するパラメータとして、溶接ビードの断面の第１物理量または断面と相関のある第２物理量を用いるようにしたので、溶接電流や溶接電圧と比べてより適切なしきい値を設定することができる。これにより、稼働しているロボットを不必要に停止する頻度を低くすることができ、生産効率を向上させることが可能である。

本発明の一実施の形態に係るアーク溶接品質判定システムを備えた溶接ロボットシステムの概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムの機能ブロックの一例を表す図である。 図１のロボット制御装置の概略構成の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの概略構成の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。 図１の溶接電源装置の概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムを用いたアーク溶接の様子の一例を表す斜視図である。 図１０ＡのＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムを用いたアーク溶接の様子の一例を表す斜視図である。 図１１ＡのＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す図である。 アーク溶接品質判定手順の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムを用いたアーク溶接の様子の一例を表す断面図である。 図１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。 アーク溶接品質判定手順の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムを用いたアーク溶接の様子の一例を表す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。

１．実施の形態
品質判定に用いる物理量として、脚長、溶接ビード幅、余盛り高さ、
溶接ビード深さ、および溶接ビード断面積のうちのいずれかを用いた例
２．変形例
変形例Ａ：品質判定に用いる物理量として、前方溶接ビード長を用いた例
変形例Ｂ：品質判定に用いる物理量として、到達時間またはアーク切れ検出時間を
用いた例

＜１．実施の形態＞
［構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係るアーク溶接品質判定システムを備えた溶接ロボットシステム１の概略構成の一例を表したものである。図２は、図１の溶接ロボットシステム１の機能ブロックの一例を表したものである。溶接ロボットシステム１は、プログラム制御された多関節ロボットによってワークＷにアーク溶接を行うものである。溶接ロボットシステム１は、マニピュレータ１０と、ロボット制御装置２０と、ティーチペンダント３０と、溶接機４０とを備えている。ロボット制御装置２０、ティーチペンダント３０および溶接機４０からなるシステムが、本発明の「アーク溶接品質判定システム」の一具体例に相当する。なお、ロボット制御装置２０およびティーチペンダント３０は、互いに一体に構成されていてもよいし、図１に示したように互いに別体で構成されていてもよい。

溶接ロボットシステム１は、例えば、ロボット制御装置２０と各種装置とを互いに接続するケーブルＬ１〜Ｌ６を備えている。ケーブルＬ１は、ロボット制御装置２０とマニピュレータ１０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０およびマニピュレータ１０に接続されている。ケーブルＬ２は、ロボット制御装置２０とティーチペンダント３０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０およびティーチペンダント３０に接続されている。ケーブルＬ３は、ロボット制御装置２０と溶接機４０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０および溶接機４０に接続されている。ケーブルＬ４は、溶接機４０と後述のワイヤ送給装置１４との間で通信するための通信ケーブルであり、溶接機４０およびワイヤ送給装置１４に接続されている。ケーブルＬ５，Ｌ６は、後述の溶接ワイヤ１４とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧Ｖｓを供給するための電源ケーブルである。ケーブルＬ５は、溶接機４０および後述の作業台１５に接続されており、ケーブルＬ６は、溶接機４０および後述の溶接トーチ１３に接続されている。

（マニピュレータ１０）
マニピュレータ１０は、ロボット制御装置２０、ティーチペンダント３０および溶接機４０による制御によってワークＷにアーク溶接を行うものである。マニピュレータ１０は、フロア等に固定されるベース部材１１と、ベース部材１１上に設けられた多関節アーム部１２と、多関節アーム部１２の先端に連結された溶接トーチ１３と、多関節アーム部１２等に固定されたワイヤ送給装置１４と、作業台１５とを有している。

多関節アーム部１２は、例えば、複数のアーム１２Ａと、２つのアーム１２Ａ同士を回動可能に連結する関節軸（図示せず）とを有している。多関節アーム部１２は、さらに、例えば、アーム１２Ａごとに１つずつ設けられ、対応するアーム１２Ａを駆動する複数の駆動モータ（図示せず）と、各駆動モータに連結され、各アーム１２Ａの現在位置を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。各駆動モータは、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置２０から入力される制御信号によって駆動される。このようにして各駆動モータが駆動されることにより、各アーム１２Ａが変位し、結果的に溶接トーチ１３が上下前後左右に移動する。エンコーダは、検出した各アーム１２Ａの現在位置（以下、「位置情報」と称する。）を、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置２０に出力するようになっている。

多関節アーム部１２の一端（先端）が溶接トーチ１３に連結されており、多関節アーム部１２の他端がベース部材１１に連結されている。溶接トーチ１３の先端には、溶加材としての溶接ワイヤ１４が露出している。溶接トーチ１３は、溶接ワイヤ１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させ、そのアークの熱で溶接ワイヤ１４およびワークＷを溶融させることにより、ワークＷに対してアーク溶接を行うものである。溶接トーチ１３は、ケーブルＬ４に電気的に接続されたコンタクトチップ（図示せず）を有している。コンタクトチップは、ケーブルＬ４から供給される溶接電圧Ｖｓを溶接ワイヤ１４に供給するように構成されている。

ワイヤ送給装置１４は、溶接ワイヤ１４を溶接トーチ１３に供給するものである。ワイヤ送給装置１４は、例えば、溶接ワイヤ１４を保持すると共に送給可能に構成された一対のロール（図示せず）と、一方のロールを回転駆動するモータ（図示せず）とを有している。一対のロールは、溶接ワイヤ１４を挟み込むと共に、上記モータによる回転駆動で発生する摩擦力で溶接ワイヤ１４をワイヤリール（図示せず）から引っ張り出すように構成されている。上記モータは、例えば、エンコーダ付きサーボモータで構成されている。上記モータは、ケーブルＬ４を介して溶接機４０から入力される制御信号によって駆動される。上記モータは、例えば、上記エンコーダからフィードバックされるパルスを、ケーブルＬ４を介して溶接機４０に出力するように構成されている。このパルスは、溶接ワイヤ１４の送給速度の算出に好適に利用可能である。なお、上記モータは、上記のパルスの代わる何らかの信号を生成し、出力するようになっていてもよい。

作業台１５は、フロア等に固定されており、ワークＷを設置する台座として使用される。作業台１５は、ワークＷに対するトーチ姿勢を最適に維持するためのポジショナであってもよい。作業台１５が上述のポジショナである場合には、ロボット制御装置２０によってポジショナの軸が駆動制御される。作業台１５は、ケーブルＬ５を介して溶接機４０に接続されており、作業台１５に設置されるワークＷとケーブルＬ５とを互いに電気的に接続するように構成されている。

（ロボット制御装置２０）
図３は、ロボット制御装置２０の概略構成の一例を表したものである。ロボット制御装置２０は、ティーチペンダント３０からの指示に従って多関節アーム部１２および溶接機４０を制御するものである。ロボット制御装置２０は、さらに、溶接ワイヤ１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させることにより形成される溶接ビードの品質を判定するようにもなっている。ロボット制御装置２０は、制御部２１と、サーボ制御部２２と、通信部２３と、記憶部２４とを有している。以下では、記憶部２４、サーボ制御部２２、通信部２３、制御部２１の順に説明する。サーボ制御部２２が、本発明の「計測部」の一具体例に相当する。

記憶部２４は、各種プログラムや各種データファイルを記憶可能となっている。記憶部２４は、多関節アーム１２の動作を制御する制御プログラム２２Ａを記憶している。制御プログラム２２Ａは、例えば、ＲＯＭ（read only memory）に格納されている。記憶部２４は、さらに、マニピュレータ１０の溶接作業の手順が教示された１または複数の作業プログラム２２Ｂと、溶接ビードの品質を判定するアーク溶接品質判定プログラム２２Ｃと、各種設定値が記述された設定ファイル２２Ｄとを記憶している。１または複数の作業プログラム２２Ｂ、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃおよび設定ファイル２２Ｄは、例えば、ハードディスクに格納されている。

設定ファイル２２Ｄには、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの設定値、物理量Ｐｗの目標値（目標物理量Ｐｗｏ）、ならびに物理量Ｐｗとして許容される上限値Ｐｗ_ｍａｘおよび下限値Ｐｗ_ｍｉｎが記述されている。物理量Ｐｗが、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃにおいて溶接不良の有無を判定するパラメータとして使用される。また、上限値Ｐｗ_ｍａｘおよび下限値Ｐｗ_ｍｉｎが、上記パラメータの閾値として使用される。物理量Ｐｗについては、後に詳述するものとする。物理量Ｐｗが、本発明の「第１物理量」の一具体例に相当する。アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃについても、後に詳述するものとする。

目標物理量Ｐｗｏは、例えば、上限値Ｐｗ_ｍａｘと、下限値Ｐｗ_ｍｉｎとの中間値に相当する。目標物理量Ｐｗｏは、アーク溶接開始直後やアーク溶接終了間際を除いた期間においては、概ね一定値となっていることが多いが、ワークＷの仕様などによっては、アーク溶接期間の中途において不連続に大きい値もしくは小さい値に変化し得る。このとき、上限値Ｐｗ_ｍａｘおよび下限値Ｐｗ_ｍｉｎについても、目標物理量Ｐｗｏの変化に追従して不連続に大きい値もしくは小さい値に変化し得る。つまり、目標物理量Ｐｗｏ、上限値Ｐｗ_ｍａｘおよび下限値Ｐｗ_ｍｉｎは、ワークＷの仕様などによって、ダイナミックに変化し得る。

記憶部２４は、さらに、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃが実行されることにより生成される各種データファイルを記憶可能となっている。そのようなデータファイルとしては、例えば、溶接電流ファイル２２Ｅ、溶接電圧ファイル２２Ｆ、ワイヤ送給速度ファイル２２Ｇ、溶接速度ファイル２２Ｈ、物理量ファイル２２Ｉおよび判定結果ファイル２２Ｊが挙げられる。これらのファイルは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）に格納される。

溶接電流ファイル２２Ｅは、溶接電流Ｉｓの計測値が記述されたファイルである。溶接電圧ファイル２２Ｆは、溶接機４０から得られる溶接電圧Ｖｓの計測値が記述されたファイルである。ワイヤ送給速度ファイル２２Ｇは、ワイヤ送給速度Ｖｆの計測値が記述されたファイルである。溶接速度ファイル２２Ｈは、溶接速度Ｖｗの計測値が記述されたファイルである。物理量ファイル２２Ｉは、物理量Ｐｗが記述されたファイルである。判定結果ファイル２２Ｊは、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃによって判定された結果が記述されたファイルである。

サーボ制御部２２は、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するものである。サーボ制御部２２は、作業プログラム２２Ｂに記載の移動命令と、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報とに基づいて、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するようになっている。移動命令には、例えば、移動開始命令、移動停止命令、作業経路（教示点）、およびトーチ姿勢などが含まれ得る。また、サーボ制御部２２は、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報に基づいて溶接速度Ｖｗを導出（計測）するようになっている。サーボ制御部２２は、溶接速度Ｖｗを制御部２１に出力するようになっている。

通信部２３は、ケーブルＬ２を介してティーチペンダント３０と通信を行ったり、ケーブルＬ３を介して溶接機４０と通信を行ったりするものである。通信部２３は、ティーチペンダント３０からの作業指令を受信して、制御部２１に出力するようになっている。作業指令には、例えば、作業者が選択した作業プログラム２２Ｂの番号などが含まれ得る。通信部２３は、制御部２１からの監視情報を、ティーチペンダント３０に送信するようになっている。監視情報には、例えば、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓのそれぞれの計測値、ワイヤ送給速度Ｖｆの計測値もしくは設定値、溶接速度Ｖｗの計測値もしくは設定値、物理量Ｐｗ、ならびに後述の判定結果などが含まれ得る。

通信部２３は、制御部２１からの溶接命令を、溶接機４０に送信するようになっている。溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、溶接電圧Ｖｓの設定値、ワイヤ送給の開始命令、ワイヤ送給の停止命令、およびワイヤ送給速度Ｖｆの設定値などが含まれ得る。通信部２３は、溶接機４０からのモニタ情報（例えば、各種計測値または通知情報）を受信して、制御部２１に出力するようになっている。各種計測値には、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆの計測値が含まれ得る。通知情報には、例えば、アーク発生通知などが含まれ得る。

制御部２１は、ティーチペンダント３０から入力された作業指令に基づいて、作業プログラム２２Ｂやアーク溶接品質判定プログラム２２Ｃを読み出し、その内容を解析する解析部２１１を有している（図２参照）。解析部２１１は、解析部２１１での解析結果に基づいて、これらのプログラムに記載の指示に対応する命令通知を生成するようになっている。制御部２１は、解析部２１１で生成された命令通知の内容に応じて、移動命令や溶接命令を出力する実行部２１２を有している（図２参照）。

制御部２１は、実行部２１２で生成された溶接命令を、通信部２３を介して溶接機４０に出力する溶接制御部２１３を有している（図２参照）。溶接制御部２１３は、例えば、通信部２３を介して溶接機４０から入力されたモニタ情報（例えば、アーク発生通知）に応じて、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃに基づく監視を開始する通知（監視開始通知）を生成するようになっている。また、溶接制御部２１３は、例えば、溶接距離Ｗｐに応じて、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃに基づく監視を終了する通知（監視終了通知）を生成するようになっている。溶接距離Ｗｐは、例えば、溶接速度Ｖｗ×アーク時間Ａｔにより導出される。溶接制御部２１３は、サーボ制御部２２から入力された溶接速度Ｖｗと、アーク発生通知を受け取ってからの時間（アーク時間）とを用いて溶接距離Ｗｐを導出するようになっている。

制御部２１は、溶接制御部２１３からの監視開始通知に従って、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃを実行する物理量推定部２１４を有している（図２参照）。物理量推定部２１４は、具体的には、形成された溶接ビードの断面の物理量（物理量Ｐｗ）を推定するようになっている。物理量推定部２１４は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち、少なくとも溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを計測することにより得られた計測値を用いて、物理量Ｐｗを推定するようになっている。ここで、計測値は、瞬時値であってもよいが、閾値の設定し易さという観点からは、移動平均値であることが好ましい。

物理量推定部２１４は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのうち、少なくとも溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓについては、通信部２３を介して物理量推定部２１４に入力された計測値を物理量Ｐｗの推定に用いるようになっている。つまり、物理量推定部２１４は、ワイヤ送給速度Ｖｆについては、必要に応じて、通信部２３を介して物理量推定部２１４に入力された計測値、および設定ファイル２２Ｄから読み出した設定値のうちのいずれかを物理量Ｐｗの推定に用いるようになっている。また、物理量推定部２１４は、溶接速度Ｖｗについても、必要に応じて、サーボ制御部２２から物理量推定部２１４に入力された計測値、および設定ファイル２２Ｄから読み出した設定値のうちのいずれかを物理量Ｐｗの推定に用いるようになっている。

物理量推定部２１４は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗの計測値を、溶接距離Ｗｐおよびアーク時間Ａｔの少なくとも一方と関連付けて、溶接電流ファイル２２Ｅ、溶接電圧ファイル２２Ｆ、ワイヤ送給速度ファイル２２Ｇおよび溶接速度ファイル２２Ｈに格納するようになっている。物理量推定部２１４は、物理量Ｐｗを、溶接距離Ｗｐおよびアーク時間Ａｔの少なくとも一方と関連付けて、物理量ファイル２２Ｉに格納するようになっている。物理量推定部２１４は、溶接制御部２１３からの監視終了通知に従って、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃの実行を終了するようになっている。

制御部２１は、物理量推定部２１４で推定された物理量Ｐｗに基づいて、形成された溶接ビードの品質を判定する品質判定部２１５を有している。品質判定部２１５は、物理量Ｐｗが、設定ファイル２２Ｄから読み出した上限値Ｐｗ_ｍａｘと下限値Ｐｗ_ｍｉｎとの範囲にあるときは溶接不良無しと判定し、物理量Ｐｗが上記範囲外にあるときは溶接不良ありと判定するようになっている。監視情報生成部２１６は、上記判定結果を、溶接距離Ｗｐおよびアーク時間Ａｔの少なくとも一方と関連付けて、判定結果ファイル２２Ｊに格納するようになっている。

制御部２１は、記憶部２４内の各種ファイル（２２Ｄ〜２２Ｊ）に格納されたデータを監視情報として、通信部２３を介してティーチペンダント３０に出力する監視情報生成部２１６を有している。上記各種データとしては、例えば、物理量Ｐｗの目標値（目標物理量Ｐｗｏ）、物理量Ｐｗとして許容される上限値Ｐｗ_ｍａｘおよび下限値Ｐｗ_ｍｉｎが挙げられる。

制御部２１は、通信部２３を介して溶接機４０と通信をすることにより、溶接機４０と同期をとり、例えば、アーク溶接の開始や終了、溶接電圧Ｖｓの設定、または、ワイヤ送給速度Ｖｆの設定を指示するようになっている。また、制御部２１は、溶接機４０にワイヤ送給装置１４の制御を指示し、溶接機４０からワイヤ送給装置１４に対して溶接ワイヤ１４を、例えば、アーク溶接の開始や終了、または、溶接電圧Ｖｓ等の設定を指示するようになっている。

（ティーチペンダント３０）
図４は、ティーチペンダント３０の概略構成の一例を表したものである。ティーチペンダント３０は、作業者がマニピュレータ１０の動作を教示するものである。ティーチペンダント３０は、例えば、制御部３１、表示部３２、入力部３３、通信部３４および記憶部３５を有している。

表示部３２は、映像信号に基づく映像を表示するものである。表示部は、映像を表示する表示面を有する表示パネルと、映像信号に基づいて表示パネルを駆動する駆動部とを有している。入力部３３は、作業者からの教示を受け付けるものである。入力部３３は、例えば、複数のキーを有しており、各キーの操作に応じて入力信号を生成し、制御部３１に出力するようになっている。通信部３４は、ケーブルＬ２を介してロボット制御装置２０と通信を行うものである。通信部３４は、制御部３１からの作業指令を、ロボット制御装置２０に送信するようになっている。通信部３４は、ロボット制御装置２０からの監視情報を受信して、制御部３１に出力するようになっている。記憶部３５は、各種のモードで種々の表示や作業指示を可能にする教示プログラム３５Ａを記憶する。教示プログラム３５Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。

制御部３１は、映像信号を生成し、表示部３２に出力すると共に、必要に応じて作業指令を生成し、通信部３４に出力するものである。制御部３１は、読み出した教示プログラム３５Ａに従って映像信号を生成したり、必要に応じて作業指令を生成したりするようになっている。例えば、入力部３３から入力された入力信号が、加工作業を実施する再生モードの選択信号であった場合、制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、記憶部２４に格納されている１または複数の作業プログラム２２Ｂのリストを表示するための映像信号を生成するようになっている。さらに、例えば、再生モードが選択されている場合に、再生する１つの作業プログラム２２Ｂが選択されたときには、制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、再生する作業プログラム２２Ｂの番号等を含む作業指令を生成するようになっている。さらに、例えば、再生モードが選択されている場合に、制御部３１は、通信部３４から監視情報を取得したときには、取得した監視情報を表示するための映像信号を生成するようになっている。

図５、図６、図７、図８は、ティーチペンダント３０の表示面におけるグラフィック表示の一例を表したものである。表示部３２は、監視情報を表示するための映像信号に基づいて、計測により得られた物理量Ｐｗと溶接距離Ｗｐとの関係を、例えば、図５に示したように、物理量Ｐｗの目標値（目標物理量Ｐｗｏ）や、物理量Ｐｗとして許容される上限値Ｐｗ_ｍａｘおよび下限値Ｐｗ_ｍｉｎとともにグラフィック表示するようになっている。

表示部３２は、例えば、図５に示したように、正常値の物理量Ｐｗが、上限値Ｐｗ_ｍａｘと下限値Ｐｗ_ｍｉｎとの範囲に配置されるようにグラフィック表示することが好ましい。また、表示部３２は、例えば、図６に示したように、ある区間において異常値となっている物理量Ｐｗが、その区間において、上限値Ｐｗ_ｍａｘと下限値Ｐｗ_ｍｉｎとの範囲外となるようにグラフィック表示することが好ましい。

表示部３２は、判定結果を用いて、物理量Ｐｗが上限値Ｐｗ_ｍａｘと下限値Ｐｗ_ｍｉｎとの範囲外にある区間に対して、例えば、マーカを表示したり、色を変えたりしてもよい。また、表示部３２は、例えば、図７に示したように、溶接距離Ｗｐに代えて、アーク時間Ａｔとしてもよい。

表示部３２は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つを、物理量Ｐｗと並べてグラフィック表示するようになっていてもよい。表示部３２は、例えば、図８に示したように、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを、物理量Ｐｗと並べてグラフィック表示するようになっていてもよい。図８中の溶接電流Ｉｓは、瞬時溶接電流の移動平均値である。図８中の溶接電圧Ｖｓは、瞬時溶接電圧の移動平均値である。なお、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓの代わりに、瞬時溶接電流および瞬時溶接電圧がグラフィック表示されてもよい。

また、表示部３２は、図５〜図８に示したような２次元表示を行う代わりに、３次元表示を行うようにしてもよい。このとき、表示部３２は、物理量Ｐｗと溶接距離Ｗｐもしくはアーク時間Ａｔとの関係を、ワークＷの開先形状と共に表示するようにしてもよい。このように、表示部３２が３次元表示を行うようにした場合には、表示部３２は、形成される溶接ビードをよりリアルに表現することが可能となる。そこで、例えば、形成される溶接ビードが曲線となっている場合には、表示部３２は、形成される溶接ビードの形状を忠実に曲線で表現することが可能となる。

（溶接機４０）
図９は、溶接機４０の概略構成の一例を表したものである。溶接機４０は、ロボット制御装置２０による制御に基づいて、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆ等を緻密に制御することにより、溶接ワイヤ１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させるものである。溶接機４０は、制御部４１、通信部４２、溶接制御部４３、溶接電源４４、電流・電圧計測部４５および記憶部４６を有している。溶接制御部４３が、本発明の「計測部」の一具体例に相当する。電流・電圧計測部４５が、本発明の「計測部」の一具体例に相当する。

記憶部４６は、溶接制御部４３および溶接電源４４の動作を制御する制御プログラム４６Ａを記憶している。制御プログラム４６Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。制御部４１は、溶接機４０の各部を制御すると共に、読み出した制御プログラム４６Ａに従って、溶接制御部４３および溶接電源４４の動作を制御するものである。通信部４２は、ケーブルＬ３を介してロボット制御装置２０と通信を行うものである。通信部４２は、ロボット制御装置２０からの溶接指令を受信し、制御部４１に出力するようになっている。通信部４２は、制御部４１からのモニタ情報（例えば、各種計測値または通知情報）をロボット制御装置２０に出力するようになっている。

溶接制御部４３は、制御プログラム４６Ａと、ロボット制御装置２０からの溶接命令とに基づく制御部４１からの指示に従って、ワイヤ送給装置１４の動作を制御するものである。ロボット制御装置２０からの溶接命令には、例えば、ワイヤ送給の開始命令、ワイヤ送給の停止命令、およびワイヤ送給速度Ｖｆの設定値などが含まれ得る。また、溶接制御部４３は、ワイヤ送給装置１４のモータから出力されたパルス（または、上記のパルスの代わる何らかの信号）に基づいて、ワイヤ送給速度Ｖｆを計測するようになっている。溶接制御部４３は、ワイヤ送給速度Ｖｆの計測値を制御部４１に出力するようになっている。

溶接電源４４は、例えば、デジタルインバータ回路を有しており、外部から入力される商用電源（例えば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行うようになっている。すなわち、溶接電源４４は、ケーブルＬ５，Ｌ６を介して溶接トーチ１３とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧Ｖｓを供給するようになっている。溶接電源４４は、制御プログラム４６Ａと、ロボット制御装置２０からの溶接命令に従って、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを制御するものである。ロボット制御装置２０からの溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、溶接電圧Ｖｓの設定値などが含まれ得る。電流・電圧計測部４５は、溶接トーチ１３とワークＷとの間に流れる溶接電流Ｉｓや、溶接トーチ１３とワークＷとの間の溶接電圧Ｖｓを計測するものである。電流・電圧計測部４５は、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓのそれぞれの計測値を制御部４１に出力するようになっている。

（物理量Ｐｗ）
次に、物理量Ｐｗについて説明する。図１０Ａ、図１１Ａは、溶接ロボットシステム１を用いたアーク溶接の様子の一例を表したものである。図１０Ｂは、図１０ＡのＡ−Ａ線における断面構成の一例を表したものである。図１１Ｂは、図１１ＡのＡ−Ａ線における断面構成の一例を表したものである。図１０Ａ，図１０Ｂには、ワークＷとして、２枚の母材１１０が互いに直交するように、２枚の母材１１０の端部同士が互いに接触しているものが示されている。図１０Ａ，図１０Ｂでは、いわゆるすみ肉溶接の様子が例示されている。一方、図１１Ａ，図１１Ｂには、ワークＷとして、２枚の母材１１０によって鋭角が形成されるように、２枚の母材１１０の端部同士が互いに接触しているものが示されている。図１１Ａ，図１１Ｂでは、いわゆるＶ型溶接の様子が例示されている。なお、図１１Ａでは、Ｖ型溶接の様子を見やすくするために、母材１１０の一部を切り欠いて表現した。

物理量Ｐｗとは、例えば、上述したすみ肉溶接や、Ｖ型溶接によって形成された溶接ビード１２０の断面の物理量を指している。物理量Ｐｗは、例えば、脚長Ｂｗ、溶接ビード幅Ｗｗ、余盛り高さＴｗ、溶接ビード深さＤｗ、および溶接ビード断面積Ｆｗのいずれかである。なお、物理量Ｐｗは、上述したすみ肉溶接や、Ｖ型溶接によって形成された溶接ビード１２０の断面の物理量に限定されるものではなく、他の方式によって形成された溶接ビード１２０の断面の物理量であってもよい。

次に、物理量Ｐｗの推定方法について説明する。以下では、物理量Ｐｗの１つである脚長Ｂｗの推定方法について説明する。

脚長Ｂｗは、以下の式（１），（２）を用いて推定することができる。以下の式（１），（２）において、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち、少なくとも溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓが計測値（移動平均値）である。

Ｂｗ＝（Ｖｆ×Ｆｓ）／（Ｗｆ×Ｂｓ×Ｖｗ）…（１）
Ｂｓ＝Ｋｓ／（Ｉｓ×Ｖｓ）…（２）
Ｖｆ：ワイヤ送給速度
Ｆｓ：ワイヤ断面積
Ｗｆ：板厚
Ｂｓ：断面係数
Ｖｗ：溶接速度
Ｋｓ：ワイヤ種別ごとの係数
Ｉｓ：溶接電流
Ｖｓ：溶接電圧

溶接距離Ｗｐは、以下の式（３）を用いて導出することができる。

Ｗｐ＝Ａｔ×Ｖｗ…（３）
Ａｔ：アーク時間

なお、脚長Ｂｗ、溶接ビード幅Ｗｗ、余盛り高さＴｗ、溶接ビード深さＤｗ、および溶接ビード断面積Ｆｗのいずれかを算出する際に、例えば、特許５４２６０７６号明細書に記載のシミュレーション装置を用いてもよい。このシミュレーション装置は、アークから溶融池への入熱量を算出する熱源モデルと、この入熱量に基づいて溶融池形状を熱伝導計算によって算出して溶接ビード形状を推定する溶融地モデルとを備えている。このシミュレーション装置では、入熱量の算出に際して溶接電流および溶接電圧が時々刻々変動する変数として扱われており、ワイヤ送給速度および溶接速度については設定値が用いられている。つまり、このシミュレーション装置を用いる場合には、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓについては計測値を用い、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗについては設定値を用いることにより、溶接ビード形状を推定することができる。このようにして推定した溶接ビード形状から、脚長Ｂｗ、溶接ビード幅Ｗｗ、余盛り高さＴｗ、溶接ビード深さＤｗ、および溶接ビード断面積Ｆｗのいずれかを導出することができる。

［品質判定］
次に、図１２を参照して、溶接ロボットシステム１におけるアーク溶接品質判定手順について説明する。図１２は、アーク溶接品質判定手順の一例を表したものである。

まず、ロボット制御装置２０（制御部２１）が、溶接機４０に対して、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのサンプリングを指示する。すると、溶接機４０は、制御部２１からの指示に従って、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのサンプリングを行い、これらの計測値を制御部２１に出力する。制御部２１は、溶接機４０からの、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆの計測値を取得する（ステップＳ１０１）。

制御部２１は、また、サーボ制御部２２に対して、溶接速度Ｖｗのサンプリングを指示する。すると、サーボ制御部２２は、制御部２１からの指示に従って、溶接速度Ｖｗのサンプリングを行い、溶接速度Ｖｗの計測値を制御部２１に出力する。制御部２１は、制御部２１からの、溶接速度Ｖｗの計測値を取得する（ステップＳ１０２）。

次に、制御部２１は、計測開始時（または再計算開始時）から現在までの経過期間が、移動平均値の算出に必要な期間（算出期間）を超えているか否か判定する（ステップＳ１０３）。算出期間は、例えば、少なくとも１０μｓ程度である。制御部２１は、経過期間が算出期間を超えていない場合には、上記ステップＳ１０１に戻る。制御部２１は、経過期間が算出期間を超えている場合には、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗの移動平均値を算出する（ステップＳ１０４）。

次に、制御部２１は、形成された溶接ビードの断面の物理量Ｐｗを推定する（ステップＳ１０５）。続いて、物理量Ｐｗに基づいて、形成された溶接ビードの品質を判定する。具体的には、物理量Ｐｗが上限値Ｐｗ_ｍａｘと下限値Ｐｗ_ｍｉｎとの範囲にあるか否か判定する（ステップＳ１０６）。制御部２１は、物理量Ｐｗが上記範囲内にある場合には、溶接不良無しと判定し（ステップＳ１０７）、上記のステップＳ１０１に戻る。制御部２１は、物理量Ｐｗが上記範囲外にある場合には、溶接不良ありと判定し（ステップＳ１０８）、品質判定を終了する。

なお、制御部２１は、溶接不良ありと判定した場合に、品質判定を終了せずに（つまり、溶接作業を止めずに）、上記のステップＳ１０１に戻って溶接作業を最後まで遂行させつつ、品質判定を継続してもよい。

また、上記品質判定プロセスにおいて、制御部２１は、溶接機４０に対して、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓだけのサンプリングを指示してもよい。このとき、制御部２１は、例えば、設定ファイル２２Ｄに記述された、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの設定値を、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの計測値の代わりに用いてもよい。

また、上記品質判定プロセスにおいて、制御部２１は、溶接速度Ｖｗについてだけ、設定ファイル２２Ｄに記述された、溶接速度Ｖｗの設定値を用い、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆについては計測値を用いてもよい。

［効果］
次に、溶接ロボットシステム１におけるアーク溶接品質判定システムの効果について説明する。

一般に、溶接電流Ｉｓや溶接電圧Ｖｓの変化がビード形状にどのように影響するのか、正確にはわからない。そのため、溶接電流Ｉｓや溶接電圧Ｖｓに対する適切なしきい値を設定することは容易ではない。作業者がアーク溶接の知識を持っていたとしても、しきい値の適切な値を即座に判断するには非常に難しい。従って、溶接電流Ｉｓや溶接電圧Ｖｓに閾値を設定した場合には、溶接に異常があるとの判定がなされたときであっても、実際にはビード形成不良には至っていない場合も起こり得る。この場合は、稼働しているロボットを不必要に停止することになるので、生産効率が低下してしまう。

一方、本実施の形態では、形成された溶接ビードの品質を判定するパラメータとして、溶接ビードの断面の物理量が用いられる。この物理量は、上述したように、例えば、脚長Ｂｗ、溶接ビード幅Ｗｗ、余盛り高さＴｗ、溶接ビード深さＤｗ、および溶接ビード断面積Ｆｗのうちのいずれかである。物理量Ｐｗの変化の、ビード形状への影響については、溶接電流Ｉｓや溶接電圧Ｖｓの、ビード形状への影響と比べて、直観的にわかりやすい。なお、物理量Ｐｗとして例示した脚長Ｂｗ等は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち、少なくとも溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを計測することにより得られた計測値を用いて導出することが可能なパラメータである。

このように、本実施の形態では、ビード形状への影響が直感的にわかりやすい物理量Ｐｗが、溶接ビードの品質判定用のパラメータに用いられる。従って、溶接電流Ｉｓや溶接電圧Ｖｓと比べてより適切なしきい値を設定することができる。その結果、稼働しているロボットを不必要に停止する頻度を低くすることができ、生産効率を向上させることが可能である。

また、本実施の形態では、カメラなどの高価な検査システムを用いる必要がない。従って、安価なシステムで溶接ビードの品質管理を行うことができる。

また、本実施の形態において、例えば、図５、図６、図８に示したように、計測により得られた物理量Ｐｗと溶接距離Ｗｐとの関係が、目標物理量Ｐｗｏや、上限値Ｐｗ_ｍａｘおよび下限値Ｐｗ_ｍｉｎとともにグラフィック表示されている場合には、作業者は、異常個所の表示と、実際の異常個所とを直感的に対応付けることができる。

一方で、計測により得られた物理量Ｐｗをアーク時間Ａｔと対応付けて表示した場合には、溶接ビードのどこに異常が発生したかを直感的に把握することが難しい。特に、溶接速度Ｖｗが途中で大きく変化するようなプロセスが採用されている場合には、溶接ビードのどこに異常が発生したかを直感的に把握することは極めて難しい。

その点、本実施の形態において、計測により得られた物理量Ｐｗが、溶接距離Ｗｐとの関係でグラフィック表示されている場合には、作業者は、プロセス中の溶接速度Ｖｗの変化を考慮して表示内容を視認する必要がない。そのため、溶接速度Ｖｗが途中で大きく変化するようなプロセスが採用されていた時であっても、作業者は、異常個所の表示と、実際の異常個所とを直感的に対応付けることができる。

また、本実施の形態において、判定結果を用いて、物理量Ｐｗが上限値Ｐｗ_ｍａｘと下限値Ｐｗ_ｍｉｎとの範囲外にある区間に対して、例えば、マーカを表示したり、色を変えたりした場合には、作業者は、異常の有無を視覚的に容易に把握することができる。

＜２．変形例＞
以下に、上記実施の形態の溶接ロボットシステム１の変形例について説明する。なお、以下では、上記実施の形態と共通の構成要素に対しては、上記実施の形態で付されていた符号と同一の符号が付される。また、上記実施の形態と異なる構成要素の説明を主に行い、上記実施の形態と共通の構成要素の説明については、適宜、省略するものとする。

[変形例Ａ]
上記実施の形態では、品質判定に用いる物理量Ｐｗとして、脚長Ｂｗ、溶接ビード幅Ｗｗ、余盛り高さＴｗ、溶接ビード深さＤｗ、および溶接ビード断面積Ｆｗのいずれかが用いられていた。しかし、物理量Ｐｗとして、前方溶接ビード長Ｒｗが用いられてもよい。物理量Ｐｗが、本発明の「第１物理量」の一具体例に相当する。前方溶接ビード長Ｒｗは、例えば、図１３に模式的に示したように、溶接ビード１２０のうち、溶接ワイヤ１４（溶接電極）の先端部分よりも溶接方向の前方の部分の長さに相当する。図１３は、溶接ロボットシステム１を用いたアーク溶接の様子の一例を表したものである。溶接ワイヤ１４が、本発明の「溶接電極」の一具体例に相当する。

本変形例では、品質判定部２１５は、物理量Ｐｗが、設定ファイル２２Ｄから読み出した上限値Ｐｗ_ｍａｘを超えないときは溶接不良無しと判定し、物理量Ｐｗが上限値Ｐｗ_ｍａｘを超えたときは溶接不良ありと判定するようになっている。監視情報生成部２１６は、上記判定結果を、溶接距離Ｗｐおよびアーク時間Ａｔの少なくとも一方と関連付けて、判定結果ファイル２２Ｊに格納するようになっている。

図１４、図１５、図１６、図１７は、ティーチペンダント３０の表示面におけるグラフィック表示の一例を表したものである。表示部３２は、監視情報を表示するための映像信号に基づいて、計測により得られた物理量Ｐｗと溶接距離Ｗｐとの関係を、例えば、図１４に示したように、物理量Ｐｗとして許容される上限値Ｐｗ_ｍａｘとともにグラフィック表示するようになっている。

表示部３２は、例えば、図１４に示したように、正常値の物理量Ｐｗを、上限値Ｐｗ_ｍａｘよりも下の領域にグラフィック表示することが好ましい。また、表示部３２は、例えば、図１５に示したように、ある区間において異常値となっている物理量Ｐｗを、その区間において、上限値Ｐｗ_ｍａｘよりの上の領域にグラフィック表示することが好ましい。表示部３２は、判定結果を用いて、物理量Ｐｗが上限値Ｐｗ_ｍａｘを超えている区間に対して、例えば、マーカを表示したり、色を変えたりしてもよい。また、表示部３２は、例えば、図１６に示したように、溶接距離Ｗｐに代えて、アーク時間Ａｔとしてもよい。

表示部３２は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つを、物理量Ｐｗと並べてグラフィック表示するようになっていてもよい。表示部３２は、例えば、図１７に示したように、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを、物理量Ｐｗと並べてグラフィック表示するようになっていてもよい。図１７中の溶接電流Ｉｓは、瞬時溶接電流の移動平均値である。図１７中の溶接電圧Ｖｓは、瞬時溶接電圧の移動平均値である。なお、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓの代わりに、瞬時溶接電流および瞬時溶接電圧がグラフィック表示されてもよい。

また、表示部３２は、図１４〜図１７に示したような２次元表示を行う代わりに、３次元表示を行うようにしてもよい。このとき、表示部３２は、物理量Ｐｗと溶接距離Ｗｐもしくはアーク時間Ａｔとの関係を、ワークＷの開先形状と共に表示するようにしてもよい。このように、表示部３２が３次元表示を行うようにした場合には、表示部３２は、形成される溶接ビードをよりリアルに表現することが可能となる。そこで、例えば、形成される溶接ビードが曲線となっている場合には、表示部３２は、形成される溶接ビードの形状を忠実に曲線で表現することが可能となる。

次に、前方溶接ビード長Ｒｗの推定方法について説明する。前方溶接ビード長Ｒｗは、例えば、以下の式（４）を用いて推定される。前方溶接ビード長Ｒｗは、例えば、以下の式（５）を用いて推定されてもよい。
Ｒｗ＝Ｂｗ…式（４）
Ｒｗ＝Ｍｓ×Ｂｗ…式（５）
Ｍｓ…係数

なお、前方溶接ビード長Ｒｗは、式（４）および式（５）以外の関数を用いて推定されてもよい。前方溶接ビード長Ｒｗは、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのうち、少なくとも溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓをパラメータとする関数を用いて推定されてもよい。なお、前方溶接ビード長Ｒｗを算出する際に、例えば、特許５４２６０７６号明細書に記載のシミュレーション装置が用いられてもよい。

次に、図１８を参照して、本変形例の溶接ロボットシステム１におけるアーク溶接品質判定手順について説明する。図１８は、本変形例におけるアーク溶接品質判定手順の一例を表したものである。

まず、ロボット制御装置２０（制御部２１）が、溶接機４０に対して、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのサンプリングを指示する。すると、溶接機４０は、制御部２１からの指示に従って、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのサンプリングを行い、これらの計測値を制御部２１に出力する。制御部２１は、溶接機４０からの、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆの計測値を取得する（ステップＳ２０１）。

制御部２１は、また、サーボ制御部２２に対して、溶接速度Ｖｗのサンプリングを指示する。すると、サーボ制御部２２は、制御部２１からの指示に従って、溶接速度Ｖｗのサンプリングを行い、溶接速度Ｖｗの計測値を制御部２１に出力する。制御部２１は、制御部２１からの、溶接速度Ｖｗの計測値を取得する（ステップＳ２０２）。

次に、制御部２１は、計測開始時（または再計算開始時）から現在までの経過期間が、移動平均値の算出に必要な期間（算出期間）を超えているか否か判定する（ステップＳ２０３）。算出期間は、例えば、少なくとも１０μｓ程度である。制御部２１は、経過期間が算出期間を超えていない場合には、上記ステップＳ２０１に戻る。制御部２１は、経過期間が算出期間を超えている場合には、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗの移動平均値を算出する（ステップＳ２０４）。

次に、制御部２１は、アーク切れが発生したか否か判定する（ステップＳ２０５）。具体的には、制御部２１は、例えば、溶接電圧Ｖｓが、設定された上限値を超えるか否か判定する。制御部２１は、例えば、溶接電圧Ｖｓが、設定された上限値を超えていない（上限値以下となっている）場合には、アーク切れ無しと判定し、ステップＳ２０１に戻る。制御部２１は、例えば、溶接電圧Ｖｓが、設定された上限値を超えている（上限値よりも大きい）場合には、アーク切れ在りと判定する。

なお、アークが切れたときに、溶接電源４４が、溶接電圧Ｖｓの印加を停止するようになっている場合には、制御部２１は、例えば、溶接電圧Ｖｓが、設定された下限値を超えているか否か判定してもよい。このとき、制御部２１は、例えば、溶接電圧Ｖｓが、設定された下限値を超えている（下限値よりも大きい）場合には、アーク切れ無しと判定し、ステップＳ２０１に戻る。制御部２１は、例えば、溶接電圧Ｖｓが、設定された下限値を超えていない（下限値以下となっている）場合には、アーク切れ在りと判定する。

制御部２１は、例えば、溶接電流Ｉｓが、設定された下限値を超えるか否か判定してもよい。この場合に、制御部２１は、例えば、溶接電流Ｉｓが、設定された下限値を超えている（下限値よりも大きい）ときには、アーク切れ無しと判定し、ステップＳ２０１に戻る。制御部２１は、例えば、溶接電流Ｉｓが、設定された下限値を超えていない（下限値以下となっている）ときには、アーク切れ在りと判定する。

制御部２１は、アーク切れ在りと判定した場合には、形成された溶接ビード１２０の断面の物理量Ｐｗを推定する（ステップＳ２０６）。具体的には、制御部２１は、物理量Ｐｗとして、形成された溶接ビード１２０の前方溶接ビード長Ｒｗを推定する。続いて、制御部２１は、物理量Ｐｗに基づいて、形成された溶接ビード１２０の品質を判定する。具体的には、制御部２１は、物理量Ｐｗが上限値Ｐｗ_ｍａｘを超えているか否か判定する（ステップＳ２０７）。制御部２１は、物理量Ｐｗが上限値Ｐｗ_ｍａｘを超えていない（上限値Ｐｗ_ｍａｘ以下となっている）場合には、溶接不良無しと判定し（ステップＳ２０８）、ステップＳ２０５に戻る。制御部２１は、物理量Ｐｗが上限値Ｐｗ_ｍａｘを超えている（上限値Ｐｗ_ｍａｘよりも大きい）場合には、溶接不良ありと判定し（ステップＳ２０９）、品質判定を終了する。

なお、制御部２１は、溶接不良ありと判定した場合に、品質判定を終了せずに（つまり、溶接作業を止めずに）、上記のステップＳ２０１に戻って溶接作業を最後まで遂行させつつ、品質判定を継続してもよい。

また、上記品質判定プロセスにおいて、制御部２１は、溶接機４０に対して、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓだけのサンプリングを指示してもよい。このとき、制御部２１は、例えば、設定ファイル２２Ｄに記述された、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの設定値を、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの計測値の代わりに用いてもよい。

また、上記品質判定プロセスにおいて、制御部２１は、溶接速度Ｖｗについてだけ、設定ファイル２２Ｄに記述された、溶接速度Ｖｗの設定値を用い、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆについては計測値を用いてもよい。

次に、本変形例の溶接ロボットシステム１の効果について説明する。

本変形例では、上記実施の形態と同様、ビード形状への影響が直感的にわかりやすい物理量Ｐｗが、溶接ビードの品質判定用のパラメータに用いられる。従って、溶接電流Ｉｓや溶接電圧Ｖｓと比べてより適切なしきい値を設定することができる。その結果、稼働しているロボットを不必要に停止する頻度を低くすることができ、生産効率を向上させることが可能である。

また、本変形例では、カメラなどの高価な検査システムを用いる必要がない。従って、安価なシステムで溶接ビードの品質管理を行うことができる。

また、本変形例において、例えば、図１４、図１５、図１７に示したように、計測により得られた物理量Ｐｗと溶接距離Ｗｐとの関係が、上限値Ｐｗ_ｍａｘとともにグラフィック表示されている場合には、作業者は、異常個所の表示と、実際の異常個所とを直感的に対応付けることができる。

ところで、アーク切れが発生した時、溶接トーチ１３の進行方向に対して、溶接ビード１２０は一定量、形成されている。そのため、即座にアークが復帰した場合には、ビード形成に問題がないことがある。また、溶接開始直後にアーク切れが発生した場合と、溶接が継続して行われている最中にアーク切れが発生した場合とでは、アーク切れが溶接ビードの形状に及ぼす影響が大きく異なる。しかし、例えば、特開昭６３−６００７７等に記載の発明では、それらが考慮されていない。

また、アーク切れが溶接ビードの形状に及ぼす影響は、溶接条件によって大きく異なる。そのため、アーク切れによる溶接不良を判定するための閾値として、アーク切れ検出時間を一意に設定してしまうと、実際にはビード形成不良ではない場合にも、溶接ロボットシステム１がビード形成不良と判定してしまう可能性がある。その逆に、実際にビード形成不良となっている場合であっても、溶接ロボットシステム１がビード形成不良無しと判定してしまう可能性がある。従って、アーク切れによる溶接不良を判定するための閾値として、アーク切れ検出時間を一意に設定することは非常に難しい。

一方、本変形例では、溶接不良を判定する物理量Ｐｗとして、前方溶接ビード長Ｒｗが用いられる。前方溶接ビード長Ｒｗは、上述したように、溶接ビード１２０のうち、溶接トーチ１３の進行方向に対して、一定量、形成される部分の長さに相当する。また、前方溶接ビード長Ｒｗは、上述したように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのうち、少なくとも溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを用いて導出される。つまり、前方溶接ビード長Ｒｗは、溶接開始直後や、溶接が継続して行われている最中など、状況に応じて変化するパラメータである。従って、様々な溶接条件において、アーク切れに起因する溶接不良を的確に判定することができる。また、アーク切れ検出時間が一意に設定される場合と比べて、溶接不良の誤判定を低減することができる。

[変形例Ｂ]
上記変形例Ａでは、品質判定に用いる物理量Ｐｗとして、前方溶接ビード長Ｒｗが用いられていた。しかし、物理量Ｐｗとして、到達時間Ｒｔが用いられてもよい。物理量Ｐｗが、本発明の「第２物理量」の一具体例に相当する。到達時間Ｒｔは、例えば、図１９に模式的に示したように、アーク切れが起こった瞬間から、溶接ワイヤ１４の先端部分が溶接ビード１２０の先端部分に到達するまでに要する時間に相当する。図１９は、溶接ロボットシステム１を用いたアーク溶接の様子の一例を表したものである。本変形例において、ティーチペンダント３０の表示面におけるグラフィック表示は、上記変形例Ａと同様である。

次に、到達時間Ｒｔの推定方法について説明する。到達時間Ｒｔは、例えば、以下の式（６）を用いて推定される。前方溶接ビード長Ｒｗは、例えば、式（４）を用いて推定される。前方溶接ビード長Ｒｗは、例えば、式（５）を用いて推定されてもよい。前方溶接ビード長Ｒｗは、上記変形例と同様、式（４）および式（５）以外の関数を用いて推定されてもよい。
Ｒｔ＝Ｒｗ／Ｖｗ…式（６）

なお、わずかなアーク切れによって溶接ビード１２０の表面にできる凹みが大きい場合などに、その凹みの大きさに応じて溶接不良を判定したいこともある。そのような場合には、到達時間Ｒｔの代わりに、例えば、以下の式（７）で算出されるアーク切れ検出時間Ｒｔ’が用いられてもよい。アーク切れ検出時間Ｒｔ’は、アーク切れの継続する時間として許容できる時間に相当するものであり、到達時間Ｒｔと所定の相関関係を有するものである。アーク切れ検出時間Ｒｔ’は、到達時間Ｒｔよりも短い時間である。従って、式（７）のＳｔは、０＜Ｓｔ＜１の範囲内の値をとる。
Ｒｔ’＝Ｓｔ×Ｒｔ…式（７）

本変形例の溶接ロボットシステム１におけるアーク溶接品質判定手順は、上記変形例Ａと同様である。なお、本変形例では、ステップＳ２０６において、制御部２１は、物理量Ｐｗとして、到達時間Ｒｔまたはアーク切れ検出時間Ｒｔ’を推定する。

次に、本変形例の溶接ロボットシステム１の効果について説明する。

本変形例では、上記実施の形態と同様、ビード形状への影響が直感的にわかりやすい物理量Ｐｗが、溶接ビードの品質判定用のパラメータに用いられる。従って、溶接電流Ｉｓや溶接電圧Ｖｓと比べてより適切なしきい値を設定することができる。その結果、稼働しているロボットを不必要に停止する頻度を低くすることができ、生産効率を向上させることが可能である。

また、本変形例では、カメラなどの高価な検査システムを用いる必要がない。従って、安価なシステムで溶接ビードの品質管理を行うことができる。

また、本変形例において、例えば、図１４、図１５、図１７に示したように、計測により得られた物理量Ｐｗと溶接距離Ｗｐとの関係が、上限値Ｐｗ_ｍａｘとともにグラフィック表示されている場合には、作業者は、異常個所の表示と、実際の異常個所とを直感的に対応付けることができる。

また、本変形例では、溶接不良を判定する物理量Ｐｗとして、到達時間Ｒｔまたはアーク切れ検出時間Ｒｔ’が用いられる。到達時間Ｒｔおよびアーク切れ検出時間Ｒｔ’は、前方溶接ビード長Ｒｗと相関を有する物理量である。到達時間Ｒｔおよびアーク切れ検出時間Ｒｔ’は、前方溶接ビード長Ｒｗと同様、溶接開始直後や、溶接が継続して行われている最中など、状況に応じて変化するパラメータである。従って、様々な溶接条件において、アーク切れに起因する溶接不良を的確に判定することができる。また、アーク切れ検出時間が一意に設定される場合と比べて、溶接不良の誤判定を低減することができる。

１…溶接ロボットシステム、１０…マニピュレータ、１１…ベース部材、１２…多関節アーム部、１２Ａ…アーム、１３…溶接トーチ、１４…溶接ワイヤ、１５…作業台、２０…ロボット制御装置、２１…制御部、２２…サーボ制御部、２２Ａ…制御プログラム、２２Ｂ…作業プログラム、２２Ｃ…アーク溶接品質判定プログラム、２２Ｄ…設定ファイル、２２Ｅ…溶接電源ファイル、２２Ｆ…溶接電圧ファイル、２２Ｇ…ワイヤ送給速度ファイル、２２Ｈ…溶接速度ファイル、２２Ｉ…物理量ファイル、２２Ｊ…判定結果ファイル、２３…通信部、３０…ティーチペンダント、３１…制御部、３２…表示部、３３…入力部、３４…通信部、３５…記憶部、３５Ａ…教示プログラム、４０…溶接機、４１…制御部、４２…通信部、４３…溶接制御部、４４…溶接電源、４５…電流・電圧計測部、４６…記憶部、４６Ａ…制御プログラム、１１０…母材、１２０…溶接ビード、２１１…解析部、２１２…実行部、２１３…溶接制御部、２１４…物理量推定部、２１５…品質判定部、２１６…監視情報生成部、Ａｔ…アーク時間、Ｂｗ…脚長、Ｄｗ…溶接ビード深さ、Ｆｗ…溶接ビード断面積、Ｉｓ…溶接電流、Ｌ１〜Ｌ６…ケーブル、Ｍｓ，Ｓｔ…係数、Ｐｗ…物理量、Ｐｗ_ｍａｘ…上限値、Ｐｗ_ｍｉｎ…下限値、Ｐｗｏ…目標物理量、Ｒｔ…到達時間、Ｒｔ’…アーク切れ検出時間、Ｒｗ…前方溶接ビード長、Ｔｗ…余盛り高さ、Ｖｆ…ワイヤ送給速度、Ｖｓ…溶接電圧、Ｖｗ…溶接速度、Ｗｐ…溶接距離、Ｗｗ…溶接ビード幅、Ｗ…ワーク。

Claims (11)

1. 形成された溶接ビードの断面の第１物理量または前記断面と相関のある第２物理量を推定する物理量推定部と、
   前記第１物理量または前記第２物理量に基づいて、形成された溶接ビードの品質を判定する品質判定部と
   を備えた
   アーク溶接品質判定システム。
2. 前記品質判定部は、前記第１物理量が上限値と下限値との範囲にあるときは溶接不良無しと判定し、前記第１物理量が前記範囲外にあるときは溶接不良ありと判定する
   請求項１に記載のアーク溶接品質判定システム。
3. 前記第１物理量は、脚長、溶接ビード幅、余盛り高さ、溶接ビード深さ、および溶接ビード断面積のうちのいずれかである
   請求項２に記載のアーク溶接品質判定システム。
4. 前記品質判定部は、前記第１物理量が上限値を超えないときは溶接不良無しと判定し、前記第１物理量が前記上限値を超えたときは溶接不良ありと判定する
   請求項１に記載のアーク溶接品質判定システム。
5. 前記第１物理量は、前記溶接ビードのうち、溶接電極の先端部分よりも溶接方向の前方の部分の長さに相当する前方溶接ビード長である
   請求項４に記載のアーク溶接品質判定システム。
6. 前記品質判定部は、前記第２物理量が上限値を超えないときは溶接不良無しと判定し、前記第２物理量が前記上限値を超えたときは溶接不良ありと判定する
   請求項１に記載のアーク溶接品質判定システム。
7. 前記第２物理量は、溶接電極の先端部分が前記溶接ビードの先端部分に到達するまでに要する時間である
   請求項６に記載のアーク溶接品質判定システム。
8. 溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給速度および溶接速度のうち、少なくとも前記溶接電流および前記溶接電圧を計測する計測部をさらに備え、
   前記物理量推定部は、前記計測部で得られた計測値に基づいて前記第１物理量または前記第２物理量を推定する
   請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のアーク溶接品質判定システム。
9. 前記第１物理量と溶接距離との関係を、前記上限値および前記下限値とともにグラフィック表示する表示部をさらに備えた
   請求項２または請求項３に記載のアーク溶接品質判定システム。
10. 前記第１物理量または前記第２物理量と溶接距離との関係を、前記上限値とともにグラフィック表示する表示部をさらに備えた
    請求項４ないし請求項７にいずれか一項に記載のアーク溶接品質判定システム。
11. 前記表示部は、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給速度および溶接速度のうち少なくとも１つを、前記第１物理量または前記第２物理量と並べてグラフィック表示する
    請求項９または請求項１０に記載のアーク溶接品質判定システム。

Images